electronic devices ျမန္မာျပန္

၁.၁ တပိုင္းလွ်ပ္ကူးအေႀကာင္း(Semiconductors Basics)

နိဒါန္း

အေျခခ ံအီလက္ထေရာနစ္ပစၥည္းမ်ား ျဖစ္ႀကေသာ ဒိုင္အုတ္မ်ား(diodes)၊ ထရန္စစ္စတာမ်ား (transistors) နဲ႔ အိုင္စီမ်ား(intergrated circuit) မ်ားကို တပုိင္းလွ်ပ္ကူးပစၥည္းမ်ား နွင္႔တည္ေဆာက္ထားႀကပါသည္။ထိုအေျခခံ အီလက္ထေရာနစ္ ပစၥည္းမ်ား မည္ကဲ႔သိုိ႔တည္ေဆာက္ထားသည္ ကို လြယ္ကူရွင္းလင္းစြာ နားလည္သေဘာေပါက္နိုင္ေစရန္ အက္တမ္(atom) တည္ေဆာက္ပံုမ်ား နင္႔ အက္တမ္တြင္းရွိ အမွုန္မ်ားမည္ကဲ႔သို႔ အခ်င္းခ်င္း အားသက္ေရာက္ႀကသည္ကို အနည္းအက်ဥ္းမွ် နားလည္ ထားရန္ လိုအပ္ေပသည္။ ယခုအခန္းတြင္ အေရးတႀကီးနားလည္ရန္ လိုအပ္ေသာ အယူအဆမွာ- pn junction ဆိုသည္မွာ မတူညီေသာ တပိုင္းလွ်ပ္ကူးပစၥည္းနွစ္မ်ိဳး ေပါင္းစပ္ဖြဲ႔စည္းထားျခင္းျဖစ္သည္ ဟူေသာ အယူအဆပင္ျဖစ္သည္။ pn junction သည္ ဒိုင္အုတ္နွင္႔ အျခားထရန္စစ္စတာ အမ်ိဳးမ်ိဳးတို႔ကို ေမာင္းနွင္နိုင္ရန္ မသိမျဖစ္သိအပ္ေသာ အယူအဆျဖစ္သည္။

ရည္မွန္းခ်က္မ်ား

အက္တမ္ဖြဲ႔စည္းပံုမ်ားကိုေဆြးေႏြးရန္

တပိုင္းလွ်ပ္ကူး semiconductor၊လွ်ပ္ကူး conductor၊ လွ်ပ္ကာ insulator မ်ားအေႀကာင္းနွင္႔ မည္သည္႔ ဂုဏ္သတၱိမ်ားရွိသည္ကို ေဆြးေႏြးရန္

တပို္င္းလွ်ပ္ကူးပစၥည္းမ်ားမွ လွ်ပ္စီး current စီးဆင္းပံုကိုေဖာ္ျပရန္

n-type တပို္င္းလွ်ပ္ကူး ႏွင္႔ p- type တပိုင္းလွ်ပ္ကူး ပစၥည္းမ်ား၏ ဂုဏ္သတိၱမ်ားကို ေဖာျပရန္

ဒိုင္အုတ္နွင္႔ တပိုင္းလွ်ပ္္ကူးမ်ားမည္ကဲ႔သို႔ ျဖစ္ေပၚပံုကို ေဖာ္ျပရန္

ဒိုင္အုတ္၏ ဗို႔အားသက္ေရာက္ျခင္းအေႀကာင္းေဆြးေႏြးရန္

၁.၁ အက္တမ္ဖြဲ႔စည္းပံု( Atomic structure)

အရာ၀တၳဳအားလုံုးကို အက္တမ္ျဖင္႔ဖြဲ႔စည္းတည္ေဆာက္ထားပါသည္။ အက္တမ္တြင္ အီလက္ထရြန္ (electron)၊ ပရိုတြန္(protons) နဴထရြန္(neutron) တို႔ပါ၀င္သည္။ ယခုအခန္းခြဲတြင္ အက္တမ္ဖြဲ႔စည္းပံုအေႀကာင္း၊ အီလက္ထရြန္ပတ္လမ္းမ်ားအေႀကာင္း နွင္႔ရွဲလ္ မ်ားအေႀကာင္း။ ဘက္ညီအီလက္ထရြန္ valance electronsမ်ား၊အုိင္းရြန္းမ်ား နွင္႔ ဆီလီကြန္silicon နွင္႔ ဂ်ာေမနီယမ္germanium အေႀကာင္းမ်ားကို ေလ႔လာႀကရမည္။ တိက်ေသာအေရအတြက္ရွိသည္႔ အီလက္ထရြန္မ်ား၏ဖြဲ႔စည္းပံုစနစ္ သည္ အသံုးျပဳမည္႔ တပိုင္း လွ်ပ္ကူးပစၥည္းတြင္ လွ်ပ္စီးပမာဏမည္မွ် စီးဆင္းမည္ကို ေဖာ္ျပရာတြင္ အလြန္ အေရးႀကီးသည္။

ပံု ၁.၁ အက္တမ္ဖြဲ႔စည္းပုံ ( ဗဟိုရွိ နဴကလီးယပ္စ္ကို ေဘးတြင္ အီလက္ထရြန္မ်ားက သက္ဆိုင္ရာလမ္းေႀကာင္းမ်ားအတိုင္းလွည္႔ပတ္ေနႀက သည္။

အက္တမ္အမ်ိဳးမ်ိဳးတြင္ ဖြဲ႔စည္းပံုအမ်ိဳးမ်ိဳးရွိႀကသည္။ထိုဖြဲ႔စည္းပံုအရ ျဒပ္စင္မ်ားကို အမ်ိဳးအစားခြဲျခားႀကသည္။ဥပမာ- အရိုးရွင္းဆံုး အက္တမ္ျဖစ္ေသာ ဟုိက္ဒရုိဂ်င္( hydrogen) သည္ ပရုိတြန္တလံုး အီလက္ထရြန္ တလံုးျဖင္႔ ဖြဲ႔စည္းထားသည္။ပုံ ၁.၂ က တြင္ႀကည္႔ပါ အျခားဥပမာအေနျဖင္႔ ဟီလီယမ္ helium အက္တမ္ဖြဲ႔စည္းပံုကို ပံု ၁-၂ ခ တြင္ေဖာ္ျပထားသည္။ ငွငး္တြင္ ပရိုတြန္ ၂ လံုးနွင္႔ နူထရြန္ နစ္လံုးတို႔ ျဖင္႔ နူကလီးယပ္စ္ကို ဖြဲ႔စည္းထားျပီး အီလက္ထရြန္နစ္လံုးက လွည္႔ပတ္ေနသည္။

ပံု ၁.၂ က လက္၀ဲဘက္နွင္႔ ပံု ၁.၂ ခ လက္ယာဘက္
အက္တမ္နံပါတ္ - ျဒပ္စင္တိုင္းကို ျဒပ္စင္ဇယားတြင္ ငွင္းတို႔၏ အက္တမ္နံပါတ္အစဥ္လိုက္ ထည္႔သြင္းထားသည္။ အက္တမ္နံပါတ္ကို ပရိုတြန္အေရအတြက္နွင္႔ အီလက္ထရြန္အေရအတြက္ေပၚမူတည္ သတ္မွတ္သည္။ဥပမာ - ပရိုတြန္နွင္႔ အီလက္ထရြန္တလံုးစီ ပါ၀င္ ေသာ ဟိုက္ဒရိုဂ်င္အက္တမ္သည္ အက္တမ္နံပါတ္ ၁ ျဖစ္ျပီး ဟီလီယမ္သည္း အက္တမ္နံပါတ္ ၂ ျဖစ္သည္။ အက္တမ္တိုင္းတြင္ အေပါင္းလ်ွပ္စစ္ဓါတ္ေဆာင္ ပရိုတြန္ အေရအတြက္နွင္႔ အနုတ္လွ်ပ္စစ္ဓါတ္ေဆာင္ အီလက္ထရြန္ အေရအတြက္တို႔ တူညီစြာ ပါ၀င္ ႀကသည္။ သို႔မွသာ ထို လွ်ပ္စစ္ဓါတ္နွစ္မ်ိဳးတို႔ ဓါတ္ျပယ္ျပီး လ်ွပ္စစ္ဓါတ္တည္ျငိမ္ေျခ (neutral state) ရရိွေပမည္။
အီလက္ထရြန္ ရွဲလ္မ်ား နွင္ ပတ္လမ္းမ်ား(Electron Shells and Orbits) အီလက္ထရြန္ပတ္လမ္းမ်ားသည္ နဴကလီးယပ္စ္ ၏ အကြာေ၀းတခုတြင္ အဆင္႔ဆင္႔တည္ရွိႀကသည္။ နဴကလီးယပ္စ္နွင္႔ နီးကပ္ေသာ ပတ္လမ္းတြင္လွည္႔ပတ္ေနႀကေသာ အီလက္ထရြန္မ်ားသည္ ေ၀းကြာေသာပတ္လမ္းတြင္လွည္႔ပတ္ေနႀကေသာ အီလက္ထရြန္မ်ား ထက္ စြမ္းအင္ energy ပိုမိုရရွိႀကသည္။
အင္နာဂ်ီ ပမာဏ Energy level နဴကလီးယပ္စ္မွ အကြာအေ၀းတခုစီ တြင္ရွိေသာ ပတ္လမ္းတခုစီ သည္ စြမ္းအင္ ပမာဏ တခုစီ ရွိႀက ေပသည္။ အက္တမ္ထဲတြင္ ပတ္လမ္းမ်ားကို စြမ္းအင္ ရရွိမွဳအေျခအေနေပၚတြင္ မူတည္ျပီး အုပ္စုမ်ားခြဲျခားထားသည္။ငွင္းကို ရွဲလ္ဟုေခၚသည္။အက္တမ္တခုတြင္ တိက်ေသာရွဲံလ္အေရအတြက္ရွိသည္။ ရွဲလ္တခုစီတြင္ စြမ္းအင္ပမာဏ တခုစီအတြက္ တိက်ေသာ အမ်ားဆံု အီလက္ထရြန္ အေရအတြက္ပါရွိႀကသည္။ ရွဲလ္တခုအတြင္း စြမ္းအင္ပမာဏကြာျခားခ်က္မွာ ရွဲလ္တခုနွင္႔တခု စြမ္းအင္ ပမာဏ ကြာျခားခ်က္ထက္ မ်ားစြာနည္းပါးသည္။ရွဲလ္မ်ားကို 1,2,3,.. ဟုနံပါတ္တပ္လ်က္ယူဆလွ်င္ 1 သည္ နူကလီးယပ္စ္နွင္႔ အနီးဆံုး တြင္ရွိသည္။အခ်ိဳ႔စာအုပ္မ်ားတြင္ ရွဲလ္မ်ားကို K,L,M စသျဖင္႔လည္းအမွတ္အသားျပဳႀကသည္။ ထိုစြမ္းအင္ပမာဏအလိုက္စုဖြဲ႔ပံုကို ပံု ၁.၃ တြင္ ေဖာ္ျပထားသည္။ထိုပံုတြင္ ပထမဆံုး(နူကလီးယပ္စ္နွင္႔ အနီးဆံုး) ရွဲလ္အတြက္ စြမ္းအင္ပမာဏတမ်ိဳးနွင္႔ ဒုတိယေျမာက္ ရွဲလ္၏ စြမ္းအင္ပမာဏကြာျခားပံုကိုျမင္ေတြ႔နိုင္သည္။ ျဒပ္စင္၏ အမ်ိဳးအစားေပၚမူတည္ျပီး ရွဲလ္အေရအတြက္ ကြာျခား မွူရွိနိုင္ေပသည္။

ပံု ၁.၃ နူကလီးယပ္စ္နွင္႔ ေ၀းကြာေသာ အီလက္ထရြန္တြင္ စြမ္းအင္ ပိုမိုရရွိနိုင္သည္။
အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္(Valence Electrons) နူကလီးယပ္္စ္နွင္႔ ေ၀းကြာေသာ အီလက္ထရြန္မ်ားတြင္ စြမ္းအင္ပမာဏပိုမိုရရွီ ႀက ေသာ္လည္း နီးကပ္ေသာအီလက္ထရြန္မ်ားထက္ နူကလီးယပ္စ္မွ ဆြဲငင္နိုင္မွူအား နည္းပါးႀကသည္။ အဘယ္႔ေႀကာင္႔ဆိုေသာ္ အေပါင္း လွ်ပ္စစ္ဓါတ္ေဆာင္ နူကလီးယပ္စ္နွင္႔ အနုတ္လ်ွပ္စစ္ဓါတ္ေဆာင္ အီလက္ထရြန္ တို႔သည္ အကြာအေ၀း ပိုမို ေဝးကြာ ေလေလ တခု အေပၚတခု အျပန္အလွန္သက္ေရာက္ေနေသာ ဆြဲငင္အား(force of attraction) နည္းပါးေလေလျဖစ္သည္။ စြမ္းအင္ပမာဏ အမ်ားဆံုး ရရွိေသာ အီလက္ထရြန္မ်ားသည္ အျပင္ဘက္ဆံုး ပတ္လမ္းတြင္္ လွည႔္ပတ္ေနႀကျပီး ငွင္းတို႔ သည္ ဆြဲငင္အားအနည္းဆံုးရရွိ ႀကသည္။ အျပင္ဘက္ဆံုးရွဲလ္ကို အျပင္ဘက္ဆံုးရွဲလ္(valence shell) ဟုေခၚျပီး ထိုရွဲလ္အတြင္းရွိ အီလက္ထရြန္မ်ားကို အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္ဟုေခၚ သည္။ ထိုအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ ဓါတုဓါတ္ျပဳမွဳမ်ား ကို ေထာက္ပံ႔ေပးျပီး အျခားအရာ၀ထၱဳမ်ား၏ တည္ေဆာက္ပံု တြင္ေပါင္းစပ္ ပါ၀င္ နိုင္သည္။ထို႔ျပင္ လွ်ပ္စစ္ဆိုင္ရာ ဂုဏ္သတၱိမ်ားမွာ လည္း ငွင္းတို႔ အေပၚမူတည္ဆံုးျဖတ္ႀကသည္။
အိုင္းရြန္းသို႔ေျပာင္းလဲျခင္း( Ionization) ဥပမာအားျဖင္႔ အက္တမ္မ်ားသည္ အပူပင္ရင္း heat source (ဝါ)အလင္းပင္ရင္း မွ စြမ္းအင္ စုပ္ယူႀကေသာ အခါ အက္တမ္တြင္းရွိအီလက္ထရြန္မ်ားတြင္ စြမ္းအင္ တိုးလာသည္။အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္မ်ားသည္ စြမ္းအင္ ပမာဏ မ်ားမ်ားပိုင္ဆိုင္ေလေလ အတြင္းပိုင္း အီလက္ထရြန္မ်ားထက္ ဆြဲငင္ခံရမွဳနည္းပါေလျဖစ္သည္။ထုိ႔ေႀကာင္႔ ျပင္ပမွစြမ္းအင္စုပ္ယူလိုက္ ေသာအခါ ငွင္းတို႔ သည္ ပိုမိုျမင္႔မားေသာ၊အျပင္ဘက္က်ေသာ ပတ္လမ္းသို႔ ခုန္ထြက္သြားနိုင္ႀကသည္။
အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္တလံုးသည္ လံုေလာက္ေသာစြမ္းအင္ရရွိေသာအခါ ငွင္းသည္ အျပင္ဘက္ဆံုးရွဲလ္သို႔ ျဖစ္ေစ အက္တမ္လြႊမ္းမိုးမွဳလြတ္ကင္းရာတေနရာသို႔ ျဖစ္ေစ လြတ္ထြက္သြားနိုင္သည္။အီလက္ထရြန္ထြက္ခြာမွဳတြင္ မူလဓါတ္ျပယ္ ျဖစ္ေန ေသာ အီလက္ထရြန္သည္ အေပါင္းလ်ွပ္စစ္ဓါတ္ပိုမိုလာသည္။ထုိကဲ႔သို႔ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္ဆံုးရွံုးမွဳျဖစ္စဥ္ကို အိုင္ရြန္းေျပာင္းလဲျခင္း ionization ဟုေခၚသည္။ျဖစ္ေပၚလာေသာ အေပါင္းဓါတ္ေဆာင္ အက္တမ္ကို အေပါင္းဓါတ္ေဆာင္အိုင္းရြန္းpositive ion ဟုေခၚ သည္။ ဥပမာအားျဖင္႔ ဟိုက္ဒရိုဂ်င္၏ ဓါတုဆိုင္ရာ သတ္မွတ္ခ်က္မွာ H ျဖစ္သည္။ပံုမွန္ ဓါတ္ျပယ္ ဟုိက္ဒရိုဂ်င္အက္တမ္တလံုးတြင္ အျပင္ဘက္ဆံုး အီလက္ထရြန္ဆံုးရွံုးသြားေသာအခါ ငွင္းသည္ အေပါင္းဓါတ္ေဆာင္ အိုင္းရြန္းျဖစ္လာသည္။ငွင္းကို H+ဟုသတ္မွတ္သည္။လြတ္ ထြက္ သြားေသာ အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္ကို လြတ္လပ္အီလက္ထရြန္ Free electronဟုေခၚသည္။ ထိုလြတ္လပ္အီလက္ထရြန္သည္ ရရွိထား ေသာ စြမ္းအင္ ကုန္ခန္းသြားေသာအခါ ဓါတ္ျပယ္ဟုိက္ဒရိုဂ်င္ အက္တမ္၏အျပင္ဘက္ဆံုးရွဲလ္သုိ႔ က်ေရာက္သြားလွ်င္ ထိုအက္တမ္ သည္ အနုတ္ဓါတ္အားမ်ားျပားလာျပီး အနုတ္ဓါတ္ေဆာင္ေသာအက္တမ္ျဖစ္လာသည္။ငွင္းကို အနုတ္ဓါတ္ေဆာင္ အိုင္းရြန္း negative ionဟုေခၚျပီး H- အျဖစ္သတ္မွတ္သည္။
ရွဲလ္တခုစီအတြင္းရွိ အီလက္ထရြန္အေရအတြက္ (The Number of Electrons in Each Shell)
အက္တမ္အတြင္းရွီေသာ အမ်ားဆံုးအီလက္ထရြန္အေရအတြက္ (Ne) ကို ေအာက္ပါေဖာ္ျမဴလာနွင္႔တြက္ခ်က္နိုင္သည္၊
Ne = 2n2 n သည္ရွဲလ္အေရအတြက္ျဖစ္သည္။
အတြင္းဆံုးရွဲလ္သည္ 1 ျဖစ္ျပီး၊ဒုတိယေျမာက္အတြငး္ဆံုးရွဲလ္သည္ ၂ ျဖစ္သည္။အတြင္းဆံုးရွဲလ္တြင္တည္ရွိနိုင္ေသာအီလက္ထရြန္ အေရအတြက္မွာ Ne = 2n2 = 2(1)2 = 2
ဒုတိယရွဲလ္တြင္ တည္ရွိနိုင္ေသာ အမ်ားဆံုးအီလက္ထရြန္အေရအတြက္မွာ Ne = 2n2 = 2(2)2 = 8
တတိယရွဲလ္တြင္ တည္ရွိနိုင္ေသာ အမ်ားဆံုးအီလက္ထရြန္အေရအတြက္မွာ Ne = 2n2 = 2(3)2 = 18
စတုထၱရွဲလ္တြင္ တည္ရွိနိုင္ေသာ အမ်ားဆံုးအီလက္ထရြန္အေရအတြက္မွာ Ne = 2n2 = 2(4)2 = 32

အခန္းခြဲ ၁.၁ ျပန္လွန္ေလ႔က်င္႔ခန္း ၁။ အက္တမ္တခုကိုေဖာ္ျပပါ။ ၂။ အီ္လက္ထရြန္ဆိုသည္မွာအဘယ္နည္း။ ၃။အျပင္ဘက္ဆံုးအီလက္ထရြန္ဆိုသည္မွာအဘယ္နည္း။ ၄။လြပ္ လပ္အီလက္ထရြန္ဆိုသည္မွာ အဘယ္နည္း။ ၅။အိုင္းရြန္းမည္ကဲ႔သို႔ျဖစ္ေပၚလာသနည္း။